Materiaalin valinta Miksi tärkeää? Keskeinen kustannustekijä Tuotteen painon hallinta Laatutekijä Toiminta erikoisolosuhteissa Ongelmat! Teräksinen maailma Valmistustekniikka ja valmistusvirheet Materiaalin lämpö- ja/tai pintakäsittely Käyttöaika Ympäristön hallinta
Mechanical engineein Finland?
Materiaalien pääluokat
Tuotteen vuorovaikutussuhteet Muoto Toiminto Materiaali Valmistus Materiaalin valintaa ei voi erottaa muotoilusta Toiminto määrää käytettävän materiaalin Valmistusmenetelmä perustuu pääosin materiaaliin - muovattavuus, työstettävyys, hitsattavuus Valmistusmenetelmä valitaan myös muodon ja koon perusteella - hitsattu/valettu
Metallit suht. suuri kimmomoduuli voidaan lujittaa seostamalla, lämpökäsittelemällä ja muokkaamalla yleensä sitkeitä väsyminen tyypillinen ilmiö Keraamit ja lasit suuri kimmomoduuli hauraita (erityisesti vetokuormituksessa), murtuvat helposti jännityskeskittymien takia kovia, kulumista ja korkeita lämpötiloja kestäviä yleensä korroosiovapaita
Polymeerit ja elastomeerit monessa suhteessa metallien vastakohtia pieni kimmomoduuli (n. E met /50) lämpötilalla voimakas vaikutus viruminen jopa huoneenlämpötilassa eivät juuri kestä yli 200 C:n lämpötiloja 0 C:n alapuolella saattavat olla hauraita helppo muovata soveltuvat massatuotantoon pieni kitkakerroin ei yleensä korroosio-ongelmia
Komposiitit yhdistelmiä materiaaliryhmistä yleensä polymeerimatriisi ja lujitteena lasi-, hiili- tai aramidikuitu myös metalli- ja keraamikomposiitteja yleensä kevyitä ja lujia voidaan valmistaa myös sitkeiksi komposiittiosat kalliita vaikeahkoja valmistaa ja liittää muihin rakenteisiin käytetään kevytrakennetekniikassa
Materiaalien perusominaisuudet Metallit Keraamit Polymeerit Komposiitit Lujia Jäykkiä Sitkeitä Sähköä johtavia Lämpöä johtavia Kovia Jäykkiä Hauraita Kulumista kestäviä Kuumalujia Melko lujia Joustavia Kestäviä Muotoiltavia Lämpötilaherkkiä Lujia Jäykkiä Kevyitä Monipuolisia Lämpötilaherkkiä
Materiaaliominaisuudet Tiheys lujuuden suhde tiheyteen (esim. / ) tai kimmokertoimen suhde tiheyteen (E/ ) merkitystä myös, koska materiaalin hinta määritellään kilohintana Kimmokerroin E kuvaa jännityksen ja muodonmuutoksen suhdetta seostus tai lämpökäsittely ei juuri vaikuta kimmokertoimeen jäykkyys on verrannollinen materiaalin kimmokertoimeen
Vertailuluvut painon ja materiaalikustannusten optimointiin (E kimmokerroin, G liukukerroin, jännitys (max), tiheys) Rakenteen kuormitus Vetosauva (pituus ja muoto määrätty, pinta-ala valinnainen) Jäykkyyden vertailuluku (max) E / Lujuuden vertailuluku (max) Vääntösauva (pituus ja muoto määrätty, pinta-ala valinnainen) G 1 2 2 / 3 / Taivutuspalkki (pituus ja muoto määrätty, pinta-ala valinnainen) E 1 2 2 / 3 / Stabiliteetti (lommahdus, kiepahdus) (pituus määrätty, pinta-ala valinnainen) E 1 2 / Levy (poikittainen kuormitus) (pituus ja leveys määrätty, paksuus valinnainen) E 1 1 3 / 2 / Pyörivä levy (vauhtipyörä) (energia määrätty) / / - / Paineistettu säiliö E / / (paine ja säde määrätty, seinämä valinnainen) Kustannusten minimoinnissa vertailuluku jaetaan kilohinnalla ( /kg)
Vetosauvan vertailuluku (Esim. 2.4-1) sauvan massa m A l missä m on tangon massa A on tangon pinta-ala l on tangon pituus ja on materiaalin tiheys. vetosauvan sallittu kuormitus nf F A A n missä n on varmuusluku. Sijoitetaan A massan yhtälöön m nf l nf l jännityksen vertailuluku on M F L Vastaavasti voidaan muodostaa jäykkyyttä kuvaava vertailuluku M E E F
Suhteellinen taivutusvastus (poikkileikkauksen ala on sama)
Suhteellinen vääntövastus (poikkileikkauksen ala on sama)
Suhteellinen nurjahduspituus (poikkileikkauksen ala on sama)
Pituuden lämpötilakerroin jos rakenteessa on eri materiaaleista valmistettavia osia, lämpötilanmuutosten aiheuttamat siirtymät ja rasitukset tulee tarkistaa lämpölaajenemisen vaikutukset tulee ottaa huomioon myös hitsauksessa ja lämpökäsittelyissä Lämmönjohtavuus, ominaislämpökapasiteetti c metallien lämmönjohtavuus on parempi kuin polymeerien tai keraamien kupari- ja alumiiniseokset johtavat lämpöä hyvin austeniittisten ruostumattomien terästen lämmönjohtokyky on huono c ilmaisee kyvyn varastoida lämpöä
Lujuus myötöraja, murtolujuus, väsymislujuus, viruminen murtolujuus: R m
Sitkeys materiaalin käyttäytyminen murtumistilanteessa murtovenymä, murtumiseen kulunut energia yleensä lujuutta kohottavat tekijät alentavat sitkeyttä sitkeä/hauras murtuma Kovuus Brinell, Rockwell, Vickers metalleilla kovuus ja murtolujuus riippuvat toisistaan kulumiskestävyys yleensä paranee kovuuden kasvaessa
Kuluminen adheesiokuluminen abraasiokuluminen väsymiskuluminen tribokemiallinen kuluminen Korroosio sähkökemiallinen tai kemiallinen reaktio tasainen korroosio paikallinen korroosio: kuoppakorroosio rakokorroosio raerajakorroosio galv. korroosio
Materiaalien tuotanto maailmassa Materiaali Tuotanto (10 6 kg = 1000 t) Teräs Muovit Alumiini Mangaani Kupari Lyijy Kromi Nikkeli Tina Uraani Hopea Kulta 750 300 100 000 16 000 8 570 8 100 3 500 2 770 614 197 19 10 1,2
Materiaalien menekki markkinoilla
Materiaalien vaatimukset Toimintojen vaatimukset muodon säilyttäminen (öljysäiliö) kuorman kanto (nostokoukku) energian sitominen (jousi, vauhtipyörä) lämmönjohtokyky (kattilalevy) sähkönjohtokyky (johdin) ulkonäkö (auto) paino (lentokone) status (Rolls Royce) Käyttöolosuhteiden vaatimukset lämpötila ja sen vaihtelut (lujuus, sitkeys, mikrorakenne) lämpötila ja aika (viruminen) ympäristö (ilmasto, kemiallinen/sähköinen ympäristö, säteily)
Valmistusmenetelmien vaatimukset materiaali (lujuus, sitkeys, kovuus) kappaleen koko ja muoto tuotantomäärä kappaleen toleranssit ja pinnanlaatu käytettävissä olevat valmistusmenetelmät (omat, alihankinta) Materiaalikustannukset suorat valmistuskustannukset - materiaalikulut - työkustannukset - lämpökäsittelykustannukset - viimeistelykustannukset varastointikustannukset - pääomakulut - käsittelykulut - testauskulut
Materiaalikustannusten osuus Työstökoneet, keskiraskaat Pienehköt laitteet Höyryturbiinit, alle 20 MW Työstökoneet, raskaat Höyryturbiinit, yli 20 MW Paikalliset dieselmoottorit Vesiturbiinit Rautatien henkilövaunut Suurehkot laitteet Rautatien tavaravaunut Henkilöautot Nosturit 0 20 40 60 80 100 %
Tuotteiden yksikköhintoja Puunjalostus- ja terästeollisuus 0,5...2,5 /kg sahatavara, paperi, teräs Raskas koneteollisuus 8,5...50 /kg paperikoneet, dieselmoottorit, pumput, autot Kevyt koneteollisuus 13,5...170 /kg kodinkoneet ja -laitteet, polkupyörät, työkalut Elektroniikka, vapaa-aika, lääketieteellinen tekniikka 85...8 400 /kg tietokoneet, golfmailat, matkapuhelimet, silmälasit
Materiaalien hintoja Teräs 0,5...0,85 /kg +? Ruostumaton teräs 2,5...5 /kg +? Alumiini 4 /kg + ALV Kupari 7 /kg + ALV Messinki 7,4 /kg + ALV Keraami Al 2 O 3 75,7 /kg +? PVC 8,5 /kg +? Polyamidi 12,8 /kg +? PTFE (teflon) 33,6 /kg +?
Akseliteräksen hinta S355: hinta (1000 kg:n erä) 0,47 /kg = 1,0 nuorrutusteräs 25CrMo4 1,5 2,2 hiiletysteräs 17CrNiMo6/18CrNiMo7-6 2,4 2,8 ruostumaton teräs X5CrNi18-10 5,5 6,5 harmaa valurauta GJL-250/GRS 250 1,5 2,5 pallografiittirauta GJS 400 700 2 3 (Valtanen, Tekniikan Taulukkokirja)
Tyypillisiä terästuotteita - merkintä standardien mukaan tai pyörötanko Ød putki Ød x t neliötanko a neliöputki a x t lattatanko b x h suorakulmioputki b x h x t kulmarauta eli L-tanko L h x b x t T-tanko T h x b x t I-tanko h x b x t U-tanko h x b x t levy t x a x b
Teräkset Merkintä SFS-EN 10027-1:n mukaan 1 Käyttötarkoitukseen ja mekaanisiin tai fysikaalisiin ominaisuuksiin perustuva järjestelmä tavallisimmat tunnukset: S rakenneteräs P paineastiateräs L putkiteräs E koneteräs valetun teräksen tunnuksen eteen G-kirjain tunnuksen perään myötölujuuden R e vähimmäisarvo (N/mm 2 ) esim. S235, E295 lisätunnuksilla ilmoitetaan mm. iskusitkeys, toimitustila ja käyttökohde esim. S355J2
Rakenneteräkset SFS-EN Myötölujuus Murto- Iskusitkeys SFS-EN SFS 200 10025 1) lujuus 2) 10025 v. 2004 R eh R m (N/mm2) KV (J) / t v. 1991 v. 1986 (N/mm2) ( C) S235JR 235 360...510 27 / 20 Fe 360 B FN Fe 37 B S235J0 S235J2 235 235 360...510 360...510 27 / 0 27 / -20 Fe 360 C Fe 360 D2 S275JR 275 430...580 27 / 20 Fe 430 B Fe 44 B S275J0 S275J2 275 275 430...580 430...580 27 / 0 27 / -20 Fe 430 C Fe 430 D2 S355JR S355J0 355 355 510...680 510...680 27 / 20 27 / 0 Fe 510 B Fe 510 C Fe 52 C S355J2 S355K2 355 355 510...680 510...680 27 / -20 40 / -20 Fe 510 D2 Fe 510 DD2 S185 185 310...540 - / - Fe 310-0 Fe 33 E295 3) 295 490...660 - / - Fe 490-2 Fe 50 E335 3) 335 590...770 Fe 590-2 Fe 60 E360 3) 360 690...900 Fe 690-2 Fe 70 1) Nimellispaksuus 16 mm. 2) Nimellispaksuus < 3 mm. 3) Koneteräksiä.
Iskusitkeys Koelämpötila Iskuenergia jouleina (J) C 27 J 40 J 60 J 20 JR KR LR 0 JO KO LO -20 J2 K2 L2-30 J3 K3 L3-40 J4 K4 L4-50 J5 K5 L5-60 J6 K6 L6
Painelaiteterästen lujuusarvoja R m R eh (N/mm2) Teräs Standardi (N/mm 2 ) t 100 mm1) P235GH SFS-EN 10028-2 360...480 t 16 mm 235 > 16 40 mm 225 > 40 60 mm 215 > 60 100 mm1) 200 P265GH SFS-EN 10028-2 410...530 265 255 245 215 P295GH SFS-EN 10028-2 460...580 295 290 285 260 P355GH SFS-EN 10028-2 510...650 2) 355 345 335 315 Hienoraeteräkset P275N Standardi SFS-EN 10028-3 (N/mm 2 ) t 70 mm1) t 16 mm 390...510 275 > 16 35 mm 275 > 35 50 mm 265 > 50 70 mm1) 255 P355N SFS-EN 10028-3 490...630 355 355 345 325 P460N SFS-EN 10028-3 570...720 460 450 440 420 1) Standardeissa on lujuusarvoja tuotteen paksuuteen t = 150 mm asti. 2) Murtolujuusalue on voimassa 60 mm:n paksuuteen asti.
Terästen lujuuksia korotetuissa lämpötiloissa Lämpötila C Huomau- Teräslaatu 20 50 100 150 200 250 300 350 400 tuksia t / mm Lujuus / N/mm 2 P235GH 60 206 190 180 170 150 130 120 110 SFS-EN 10028-2 1) P265GH 60 234 215 205 195 175 155 140 130 SFS-EN 10028-2 P295GH 60 272 250 235 225 205 185 170 155 SFS-EN 10028-2 P355GH 60 318 290 270 255 235 215 200 180 SFS-EN 10028-2 P275NH 35 264 245 226 196 177 147 127 108 SFS-EN 10028-3 1) P355NH 35 336 304 284 245 226 216 196 167 SFS-EN 10028-3 P460NH 35-402 373 333 314 294 265 235 SFS-EN 10028-3 1) Venymisrajan R p0,2 arvot. Standardeissa on täydellisemmät taulukot.
2 Kemiallisen koostumuksen mukaan seostamattomat teräkset tunnus C, jonka perään liitetään hiilipitoisuuden prosenttiarvo kerrottuna 100:lla 2 C45 seostamattomat teräkset, joiden mangaanipitoisuus 1 %, seostamattomat automaattiteräkset ja seosteräkset, joilla jokaisen seosaineen pitoisuus on < 5 % hiilipitoisuuden prosenttiarvo x100 seosaineiden tunnukset (pitoisuuksien aleneva järjestys) seosaineiden pitoisuustunnukset 25 CrMo 4 seosteräkset (paitsi pikateräkset) kirjain X hiilipitoisuuden prosenttiarvo x100 seosaineiden tunnukset (pitoisuuksien aleneva järjestys) seosaineiden pitoisuustunnukset X5CrNi18-10
Nuorrutusteräkset (SFS-EN 10083) nuorrutus on lämpökäsittely, jossa teräs karkaistaan ja päästö suoritetaan lämpötila-alueella 500...700 C erinomainen lujuuden, sitkeyden ja väsymislujuuden yhdistelmä 2 C45 R e = 370 N/mm2 R m = 630...780 N/mm2 25 CrMo 4 R e = 450 N/mm2 R m = 700...850 N/mm2 42 CrMo 4 R e = 650 N/mm2 R m = 900...1100 N/mm2 34 CrNiMo 6 R e = 800 N/mm2 R m = 1000...1200 N/mm2 ( 40 mm < d < 100 mm) käyttökohteita akselit, akselikytkimet ja kiertokanget hammasakselit ja suuret hammaspyörät ruuvit ja mutterit
Nuorrutusterästen väsymislujuus taivutusvaihtolujuus veto-puristusvaihtolujuus vääntövaihtolujuus tw, 5 0 R m w,8 tw 0, 4 0 R vw,6 tw 0, 3 0 R m m Kiillotetut koesauvat 20 mm N/mm 2 700 600 Taivutus Taivutus- ja vääntömyötörajat taivutusmyötöraja ts, 4 1 R vääntömyötöraja vs, 7 0 R e e tw w vw 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 -400 Veto-puristus Vääntö 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Keskijännitys m (N/mm 2) Nuorrutusteräs (seostettu) - murtolujuus 800-950 N/mm 2
Nuorrutusterästen mekaaniset ominaisuudet (nuorrutetussa tilassa) Teräslaji EN 10083-1 Halkaisija d (mm) Myötöraja 1) R e (N/mm2) Murtolujuus R m (N/mm2) Kovuus 2) HB 25 CrMo 4 16 < d 40 600 800 950 240 280 40 < d 100 450 700 850 200 250 100 < d 160 400 650 800 190 240 42 CrMo 4 16 < d 40 750 1000 1200 300 350 40 < d 100 650 900 1100 270 320 100 < d 160 550 800 950 240 280 34 CrNiMo 6 16 < d 40 900 1100 1300 320 380 40 < d 100 800 1000 1200 300 350 100 < d 160 700 900 1100 270 320 1) Ylempi myötöraja tai 0,2 %:n venymisraja R p0,2 2) Ohjearvo
Nuorrutusteräkset, booriteräkset lujat pultit ketjut kulutusosat
Hiiletysteräkset hiiletyskarkaisussa pintaan muodostuu ohut runsaasti hiiltä sisältävä pintakerros hyvä pinnan kulumis- ja väsymiskestävyys sekä taivutuslujuus SFS-EN 10084 SFS 506...511*) R e (N/mm 2 ) R m (N/mm 2 ) Keskim. kovuus HB 20NiCrMo2-2 21NiCrMo2 490 740...1030 265 16MnCr5 16MnCr5 590 790...1080 285 20NiCrMo5 20NiCrMo5 690 1030...1370 345 18CrNiMo7-6 17CrNiMo6 780 1080...1330 370 *) korvattu EN-standardilla
Ruostumattomat teräkset kestävät hyvin korroosiota sitkeitä matalissa lämpötiloissa SFS-EN Vanha standardi SFS Myötölujuus 10088-2 720...757 R p0,2 (N/mm2) Murtolujuus R m (N/mm2) Kimmomoduuli E (N/mm2) X2CrNi19-11 X2CrNi18 10 200 500...650 200 000 X2CrNi18-9 200 500...650 200 000 X5CrNi18-10 X4CrNi18 9 210 520...720 200 000 X2CrNiMo17-12-2 X2CrNiMo17 12 220 520...670 200 000 X3CrNiMo17-13-3 X4CrNiMo17 12 220 530...730 200 000 käyttökohteita putket, säiliöt, venttiilit ruokailuvälineet, pesualtaat prosessiteollisuuden koneet ja laitteet kuljetussäiliöt
Muokkauksen vaikutus Lujuus R (N/mm 2 ) 1600 1200 800 A 5 R m R p0,2 50 40 30 20 10 Murtovenymä A 5 (%) Ruostumaton teräs X5CrNi18-10 400 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Muokkausaste %
Valuraudat Suomugrafiittirauta halpa hyvät valuominaisuudet ja työstettävyys hyvä vaimennuskyky EN 1561 Min. murtolujuus R m (N/mm2) SFS 4855 (vanha std) GJL-200 200 GRS 200 GJL-250 250 GRS 250 GJL-300 300 GRS 300 GJL-350 350 GRS 350 käyttökohteita: koneiden rungot, venttiilit ja putket, kannet ja säiliöt, sylinterit ja johteet, jarrurummut ja -levyt
Dieselmoottorin sylinterilohko Metso/Rautpohja Massa 40 t Materiaali GJL 250
Pallografiittirauta lujuusominaisuudet paremmat kuin suomugrafiittiraudalla lämpökäsitellään haluttujen ominaisuuksien saamiseksi EN 1563 Murtolujuus R m (N/mm2) Myötöraja R p0,2 (N/mm2) SFS 2113 (vanha std) GJS-400-18 400 250 GRP 400 GJS-500-7 500 330 GRP 500 GJS-600-3 600 390 GRP 600 GJS-700-2 700 440 GRP 700 GJS-800-2 800 500 GRP 800 käyttökohteita: hammaspyörät, kantopyörät, runkorakenteet, ajoneuvojen voimansiirtorakenteet, polttomoottorien ja paperikoneiden osat
Pallografiittirautaosia autoteollisuudelle
Tuulimyllyn napa EN-GJS-400-18U n. 5,2 t n. 2 m
ADI:n, valurautojen, valuterästen ja terästen teknisiä tietoja Laatu Myötölujuus Murtolujuus Murtovenymä Kovuus (HB) (N/mm2) (N/mm2) (%) GJS-800-8 500 800 8 260...320 GJS-1000-5 700 1000 5 300...360 GJS-1200-2 850 1200 2 340...440 GJS-1400-1 1100 1400 1 380...480 GJS-700-2/GRP 700 440 700 2 230...300 GJS-800-2/GRP 800 500 800 2 250...320 GS-52 260 520 18 220...260 G-25CrMo4-08 590 780 10 240...290 S355, Fe 52 C 340 630 21 < 200 17 CrNiMo 6 690...830 980...1400 7...8 240...435 42 CrMo 4 590...690 780...1080 12...14 240...330
ADI-valurautoja (Austempered Ductile Iron) Laatu Myötölujuus (N/mm2) Murtolujuus (N/mm2) Murtovenymä (%) Kovuus (HB) Kymenite-ADI K-9007 700 900 7 280...310 K-10005 800 1000 5 300...350 K-12003 1000 1200 3 380...430 EN 1564 GJS-800-8 500 800 8 260...320 GJS-1000-5 700 1000 5 300...360 GJS-1200-2 850 1200 2 340...440 GJS-1400-1 1100 1400 1 380...480 ASTM 897M 850 550 850 10 269...321 1050 700 1050 7 302...363 1200 850 1200 4 341...444 1400 1100 1400 1 388...477 1600 1300 1600-444...555
ADI -osia Jousenkorvia K-10005
Hammaspyöriä K-12003 K-9007 K-10005
Kantopyörät, jarrulevyt
Alumiinit keveitä ( 2,7 g/cm 3 ) hyvä korroosionkestävyys hyvä sähkön- ja lämmönjohtavuus erikoisseokset lujia kimmomoduuli E 70 000 N/mm 2 alumiiniprofiilit edullinen valmistusmenetelmä aihio pursotetaan muotoillun profiilityökalun läpi alumiinivalut keveitä sitkeitä hyvä lastuttavuus
Alumiiniprofiilien seoksia Kimmomoduuli E 70 000 N/mm 2 Seos Myötölujuus Murtolujuus (N/mm2) (N/mm2) Al 99,5 AlMg2,5 E-AlMgSi AlSi1Mg AlSi1MgPb AlZn5Mg1 20 80 180 260 180 280 Alumiinivaluseoksia Seos G-AlCu4Ti G-AlSi12 G-AlSi10Mg G-AlSi8Cu3Fe G-AlSi7Mg G-AlMg3 Myötölujuus (N/mm2) 200 80 190 160 200 70 70 180 220 300 280 330 Murtolujuus (N/mm2) 250 160 220 240 250 150 Murtovenymä A 5 (%) 23 14 10 8 8 10 Murtovenymä A 5 (%) 3 3 1 0,5 3 4 Kovuus (HB) 18...25 35...45 65...75 95...115 85...95 115...125 Kovuus (HB) 95...110 50...60 85...115 80...110 80...105 50...60
NORCANprofiilit
Kupariseokset liukulaakerit tärkeimpiä sovelluskohteita Yleisimpiä kuparimetalleja Seos CuZn39Pb3 Lyijymessinki CuZn35Mn2AlFe Erikoismessinki CuSn6 Tinapronssi Tärkeimmät tuotteet Ruuvit, mutterit, taokset, venttiilit, liittimet Akselit, männänvarret, hammaspyörät, ruuvit, mutterit, venttiilit Jouset, kytkimen osat, helat, pumppujen ja venttiilien osat (N/mm2) 250... 430 270... 440 390... 490 (N/mm2) 430... 520 470... 590 470... 550 Myötölujuus Murtolujuus Murtovenymä A 5 (%) Kovuus (HB) 15...30 115... 155 15...30 135... 170 15...40 -
Yleisimpiä kuparimetalleja (jatkoa) Seos GK-CuZn40Pb Lyijymessinki GS-CuSn12 Tinapronssi GS- CuPb10Sn10 Lyijytinapronssi GS-CuAl10Fe3 Alumiinipronssi Tärkeimmät tuotteet Helat, kojeiden osat, lukot, koriste-esineet, yleiset rakenneosat Hammas- ja kierukkapyörät, kytkinkappaleet, liukukiskot, liukulaakerit Raskaasti kuormitetut liukulaakerit (reunapaine) Nosturipyörät, holkit, hammaspyörät, liukulaakerit Myötölujuus (N/mm2) Murtolujuus (N/mm2) Murtovenymä A 5 (%) Kovuus (HB) 120 280 15 70 160 280 12 95 80 180 7 65 180 500 13 115
Keraamien ominaisuuksia Materiaali Kovuus Tiheys Murtositkeys Kimmokerroin Lämmönjohtavuus HV MPa m GPa g/mm 3 W/mK Al 2 O 3 (sintr.) 1650 1 3 370 3,8 29,3 PSZ MgO (sintr.) 1100 8 12 205 5,7 3,2 PSZ Y2 O 3 (sintr.) 1200 4 10 205 6,0 1,7 SiC (sintr.) 3000 3,2 430 3,2 110 Si 3 N 4 (sintr.) 1500 4 7 285 3,2 15,5 Si 3 N 4 (kuumap.) 1350 6 8,5 310 3,2 30...40 Teräs 100Cr6 750 210 7,8 Al 2 O 3 Alumiinioksidi PSZ Zirkonioksidi (osittain stabiloitu) SiC Piikarbidi Si 3 N 4 Piinitridi
Keraamien käyttökohteita työkalujen teräpalat tiivistimet laakerit
Muovit Muovilaatu Polyeteeni, PE Polyvinyylikloridi, PVC Polypropeeni, PP Polystyreeni, PS Autonosat, laatikot, sähköeristekomponentit Akryylinitriilibutadieenistyreeni, ABS Polykarbonaatti, PC Polyamidi, PA 66 Polytetrafluorieteeni, PTFE Polyasetaali, POM Käyttökohteita Putket, taloustavarat Pesuainepullot, putket, profiilit Pakkaukset, kertakäyttölasit, solumuovi (Styrox) Autonkorit, veneet, puhelimet, talouskoneet, huonekalut, legot, vaateripustimet Turvalasit, suojakypärät, releet, linssit Hammaspyörät, laakerit, ruuvit, sukkahousut Liukulaakerit, pinnoitteet, putket Liukulaakerit, hammaspyörät, ruuvit
Muovien lujuusarvoja Tiheys Kimmokerroilujuuvenymä käyttö- lämpötila- Murto- Murto- Korkein Pituuden g/cm 3 N/mm 2 N/mm 2 % lämpötila kerroin C 1/ C PE 0,95 1000 30 500 + 90 180 10-6 PVC 1,40 3000 50 30 + 80 100 10-6 PP 0,90 1200 30 500 + 120 100 10-6 PS 1,06 3000 60 2 + 70 60 10-6 ABS 1,03 2000 30 30 + 80 100 10-6 PC 1,20 2500 60 100 + 120 60 10-6 PA 66 1,14 1200 70 300 + 100 80 10-6 PTFE 2,20 400 20 300 + 290 100 10-6 S355 7,85 210000 490 20 + 350 12 10-6
Muovien hintoja Muovi Kilohinta ( /kg) Tiheys (g/cm 3 ) Kappalehinta 10 10 10 cm 3 PVC (harmaa) 6,6 1,40 9,2 Polyasetaali (POM, Delrin) 16,1 1,42 22,3 Polyamidi (nailon PA6) 13,3 1,15 15,3 PTFE (teflon) 38,0 2,18 82,8 PTFE-25 GF (25 % lasia) 51,0 2,23 113,7 Ciba tool mallimuovi 8,0 0,70 5,6
Kertamuovit Muovilaatu Fenolimuovit, PF Epoksimuovit, EP Karbamidimuovit, UF Melamiinimuovit, MF Polyesterit, UP Polyuretaani, PUR Käyttökohteita Jäykkä ja tumma. Kotelot, hammaspyörät, pumpunosat, liukulaakerit, sähkörasiat. Erinomainen tarttuvuus muihin materiaaleihin. Liima, lakka, valumateriaali sähkölaitteiden kotelointiin, muovibetoni, metallipinnoite. Kova, jäykkä, laaja värivalikoima. Virtakytkimet, kotelot, liimat, lakat. Kova, jäykkä, laaja värivalikoima, elintarvikemuovi. Taloustarvikkeet, suppilot, kotelot, tietokoneenosat, liimat, lakat. Valmistetaan lasikuitulujitteisia lujitemuoveja: veneet, säiliöt, pinnoitteet. Kulutuspinnat, ketjupyörät, telapäällysteet.
Kertamuovien lujuusarvoja Tiheys g/cm 3 Kimmokerroin N/mm 2 Murtolujuus N/mm 2 Murtovenymä % Korkein käyttölämpötila C Pituuden lämpötilakerroin 1/ C PF 1,30 6000 50 1 + 120 40 10-6 EP 1,30 2500 60 5 + 200 50 10-6 UF 1,50 10000 60 1 + 80 30 10-6 MF 1,80 13000 40 0,4 + 160 30 10-6
Lujitteet Kuitu Tiheys g/cm 3 N/mm 2 N/mm 2 % Kpl SM-hiilikuitu 1,8 235 000 4600 1,9 12 000 HM-hiilikuitu 1,82 400 000 3500 0,7 12 000 E-lasi 2,6 72 000 3600 4 7 Erillis- S-lasi 2,5 85 000 4500 4 7 kuitu Yhdensuuntaislaminaatti (epoksimatriisi) Kimmokerroin Vetolujuus Murtovenymä Filamentteja Lujitepitoisuus Hiili 1,5 130 000 2200 60 t-% Aramidi 1,35 75 000 1400 60 t-% E-lasi 2,0 45 000 1100 60 t-% S-lasi 1,95 50 000 1500 60 t-%
Komposiittirakenteita kovametalli teräpaloissa Co-valtainen metalli sitoo karbideja C-/C-komposiitti lentokoneen jarrulevyissä painonsäästö 1800 kg (Boeing 747) dieselmoottorin männän kuitulujitteinen vahvistus keraamisia lyhytkuituja (Al 2 O 3 tai SiC)